I.T. ARCHIMEDE - CATANIA SECONDO BIENNIO TERZA CLASSE

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I.T. “ARCHIMEDE” - CATANIA __________________

Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica (Articolazione: Elettronica)

Progettazione curricolo verticale di Sistemi Automatici

percorso formativo per Unità di Apprendimento (UDA)

SECONDO BIENNIO – TERZA CLASSE

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Competenze di base a conclusione del percorso quinquennale di studi

Competenze generali relative all’indirizzo e all’articolazione:

In generale l’indirizzo Elettrotecnica ed Elettronica integra competenze scientifiche e tecnologiche nel campo dei materiali e in quello della progettazione, costruzione e collaudo, nei contesti produttivi di interesse, relativamente ai sistemi elettrici ed elettronici, agli impianti elettrici e ai sistemi di automazione.

In particolare nell’articolazione “Elettronica”, stando alle linee guida ministeriali, vengono approfondite la progettazione, la realizzazione e la gestione di sistemi e impianti elettrici, civili e industriali.

Competenze generali relative alla disciplina:

La disciplina Sistemi Automatici deve concorrere, nell’ambito della programmazione del Consiglio di Classe, al raggiungimento dei seguenti risultati di apprendimento, espressi in termini di competenze:

• applicazione, nello studio e nella progettazione di sistemi automatici elettrici ed elettronici, dei procedimenti dell’elettrotecnica, dell’elettronica e dell’informatica;

• utilizzazione della strumentazione di laboratorio e di settore e applicazione dei metodi di misura per effettuare verifiche, controlli e collaudi;

• analisi delle tipologie e delle caratteristiche tecniche delle macchine elettriche e delle apparecchiature elettroniche, con riferimento ai criteri di scelta per la loro utilizzazione e per il loro interfacciamento;

• documentazione delle attività individuali e di gruppo relative a situazioni professionali e redazione di relazioni tecniche;

• analisi del valore, dei limiti e dei rischi delle varie soluzioni tecniche per la vita sociale e culturale, con particolare attenzione alla sicurezza nei luoghi di vita e di lavoro, alla tutela della persona, dell’ambiente e del territorio.

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Competenze specifiche da sviluppare nel terzo anno di corso:

• identificare le caratteristiche delle diverse tipologie di sistema

• analizzare semplici modelli di sistemi elettrici, meccanici, termici e idraulici

• analizzare la struttura di semplici sistemi di controllo

• utilizzare i software dedicati per la simulazione del comportamento dei sistemi elementari

• realizzare la stesura del diagramma di flusso relativo a semplici programmi

• realizzare semplici applicazioni con l’uso del microcontrollore

• stesura di relazioni tecniche e documentazione delle attività di gruppo relative a situazioni professionali

• conoscere i principali tipi di trasduttori e attuatori.

Competenze specifiche da sviluppare nel quarto anno di corso:

• analizzare la risposta nel dominio del tempo e della frequenza e la stabilità di un sistema retroazionato

• Saper tracciare i diagrammi di Bode e di Nyquist

• Studiare la stabilità dei sistemi utilizzando i software dedicati

• Comprendere il funzionamento di circuiti tipici di sistemi realizzati in logica elettromeccanica e pneumatica

• realizzare semplici programmi relativi alla gestione di sistemi automatici

• programmare i microcontrollori

• Riconoscere le caratteristiche e i criteri d’uso dei componenti elettronici di potenza e le loro applicazioni nei convertitori statici di potenza

• realizzare semplici programmi nel linguaggio Assembler e/o C

• Verificare il comportamento di un programma realizzato utilizzando il software di un microcontrollore

• stesura di relazioni tecniche e documentazione delle attività di gruppo relative a situazioni professionali.

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Competenze specifiche da sviluppare nel quinto anno di corso:

• Studiare la stabilità nei sistemi retroazionati

• Realizzare il progetto statico e dinamico di un sistema

• Calcolare gli errori statici e dovuti a disturbi additivi e parametrici

• Valutare prontezza, fedeltà di risposta e stabilità di un sistema

• Progettare e applicare le reti correttrici e i regolatori industriali

• Riconoscere le caratteristiche degli azionamenti elettrici per il controllo della velocità dei motori in c.c. e asincroni trifase ad anello aperto e ad anello chiuso

• Riconoscere le caratteristiche di un controllo ad anello chiuso della temperatura di un ambiente

• Riconoscere le caratteristiche di un controllo ad anello chiuso del livello del liquido di un serbatoio

• Realizzare alcune applicazioni con l’uso dei microcontrollori e dell’ ambiente di sviluppo integrato di Arduino

• Stesura di relazioni tecniche e documentazione delle attività di gruppo relative a situazioni professionali.

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RACCOMANDAZIONE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 18 dicembre 2006

relativa a competenze chiave per l’apprendimento permanente (2006/962/CE) _____________________

Tra le otto competenze – chiave individuate dal Parlamento Europeo, il gruppo di lavoro che ha redatto la progettazione di codesto curricolo verticale ha individuato le seguenti quattro come le più attinenti al medesimo:

• Competenza matematica e competenze di base in campo scientifico e tecnologico.

• Competenza digitale.

• Imparare ad imparare.

• Senso di iniziativa e di imprenditorialità.

Nel 2° biennio e nella classe quinta, i docenti di Sistemi Automatici, nell’ambito della Programmazione Dipartimentale, la costruzione del curricolo per il conseguimento dei risultati di apprendimento sopra descritti in termini di competenze, con riferimento alle conoscenze e alle abilità di seguito indicate.

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SISTEMI AUTOMATICI

Nel s e c o n d o biennio, il docente di “Sistemi automatici” definisce - nell’ambito della programmazione Dipartimentale – la cost ruzione del curricolo per il conseguimento dei risultati di apprendimento sopra descritti in termini di competenze, con riferimento alle conoscenze e alle abilità di seguito indicate.

PROGRAMMAZIONE PER LE TERZE CLASSI

Competenze chiave Per l’apprendimento

permanente (2006/ 962/ CE)

Primo modulo

Periodo settembre-ottobre-novembre-dicembre (1° trimestre) 20 ore

• Competenza matematica e competenze di base in campo scientifico e tecnologico.

• Competenza digitale.

• Imparare ad imparare.

UDA Conoscenze Abilità Competenze di base

I sistemi, gli schemi a blocchi e i modelli

• Classificazione dei sistemi

• Processi

• Diagrammi a blocchi

• Analisi dei sistemi

• Modelli

• Comprendere i principi fisici e chimici che caratterizzano i sistemi fisici

• Saper descrivere le

caratteristiche di sistemi di natura diversa. saper identificare le variabili e ricavarne il modello matematico

• Conoscere e saper usare gli strumenti di calcolo della teoria dei sistemi

• Analizzare semplici modelli di sistemi fisici

Test d’ingresso comune periodo ottobre: 1 ora Verifica di apprendimento del primo modulo: 2 ore

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Pausa didattica

Periodo dicembre-gennaio 8 ore

Recupero

Verifica su uno dei moduli oggetto di recupero disciplinare - periodo febbraio/marzo: 2 ore

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Secondo modulo

Periodo gennaio-febbraio 20 ore

I trasduttori e gli attuatori

• Caratteristiche dei principali dei sensori e trasduttori

• Criteri pratici di scelta di un trasduttore.

• Classificazione dei trasduttori.

• Trasduttori di posizione e velocità, temperatura,

luminosità, livello

• Attuatori.

• Caratteristiche dei principali attuatori

• Saper scegliere il trasduttore e/o attuatore adatto in relazione alle grandezze fisiche da rilevare

• Saper progettare il circuito adatto per la conversione di una grandezza fisica in una elettrica.

•

• Conoscere i principali tipi di trasduttori e attuatori

• Conoscere le varie grandezze che caratterizzano un

trasduttore e un attuatore

• Conoscere i criteri che stanno alla base della scelta di un trasduttore e di un attuatore

Verifica di apprendimento del secondo modulo : 2 ore

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Terzo modulo

Periodo marzo-aprile-maggio 24 ore

L’automazione industriale e il

microcontrollore

• Aspetti generali dell’automazione industriale

• Funzionamento e uso delle varie

apparecchiature ausiliarie di comando e segnalazione, sensori e attuatori.

• Linguaggi di

programmazione dei microcontrollori

•

• Usare software applicativi

• Saper interfacciare il microcontrollore con le periferiche

• Saper eseguire l’indirizzamento delle variabili

• Identificare le caratteristiche funzionali di un microcontrollore, dei suoi moduli di

interfaccia, in funzione dell’impiego

• Analizzare e progettare le soluzioni più idonee

• Progettare semplici impianti in logica

cablata e programmabile (programma, cablaggio, collaudo)

Verifica di apprendimento del terzo modulo: 2 ore

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N

Quarto modulo (Laboratorio)

Periodo settembre/giugno 34 ore

Algoritmi, Diagrammi di flusso e

Linguaggio C

• Sistemi di

numerazione binario e esadecimale

• Conoscere gli elementi base della

programmazione strutturata

• Conoscere i tipi di dati, le strutture e possibilità operative

• Linguaggio di programmazione

• Usare i compilatori

• Utilizzare il Manuale di un SW

• Trovare un algoritmo relativo ad un problema assegnato

• Sviluppare un algoritmo servendosi di un flow- chart

• Scrivere e correggere un programma

Verifica di apprendimento : mensilmente

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Quinto modulo(Laboratorio)

Periodo settembre/giugno 34 ore

I microcontrollori e l’ambiente di

sviluppo integrato di Arduino

• Linguaggio di programmazione

• Trasduttori e attuatori

• Circuiti di condizionamento

• Usare correttamente i linguaggi di programmazione per i

microcontrollori e per l’ambiente di sviluppo integrato di Arduino

• Caratteristiche di base di un microcontrollore

• Comporre in un linguaggio di programmazione semplici programmi

• Eseguire il debug di un programma

• Saper collegare i dispositivi periferici

Verifica di apprendimento: mensilmente Verifica finale di apprendimento comune – periodo maggio: 1 ora

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I.T.I. “ARCHIMEDE” - CATANIA __________________

Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica (Articolazione: Elettronica)

Progettazione curricolo verticale di Sistemi Automatici

SECONDO BIENNIO – QUARTA CLASSE

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Competenze di base a conclusione del percorso quinquennale di studi

In generale l’indirizzo Elettrotecnica ed Elettronica integra competenze scientifiche e tecnologiche nel campo dei materiali e in quello della progettazione, costruzione e collaudo, nei contesti produttivi di interesse, relativamente ai sistemi elettrici ed elettronici, agli impianti elettrici e ai sistemi di automazione.

(14)

• identificare le caratteristiche delle diverse tipologie di sistema;

• analizzare semplici modelli di sistemi elettrici, meccanici, termici e idraulici;

• analizzare la struttura di semplici sistemi di controllo;

• utilizzare i software dedicati per la simulazione del comportamento dei sistemi elementari;

• realizzare la stesura del diagramma di flusso relativo a semplici programmi;

• realizzare semplici applicazioni con l’uso del microcontrollore;

• analizzare la risposta nel dominio del tempo e della frequenza e la stabilità di un sistema retroazionato;

• saper tracciare i diagrammi di Bode e di Nyquist;

• studiare la stabilità dei sistemi utilizzando i software dedicati;

• comprendere il funzionamento di circuiti tipici di sistemi realizzati in logica elettromeccanica e pneumatica;

• realizzare semplici programmi relativi alla gestione di sistemi automatici;

• programmare i microcontrollori;

• riconoscere le caratteristiche e i criteri d’uso dei componenti elettronici di potenza e le loro applicazioni nei convertitori statici di potenza;

• realizzare semplici programmi nel linguaggio Assembler e/o C;

• verificare il comportamento di un programma realizzato utilizzando il software di un microcontrollore;

(15)

• studiare la stabilità nei sistemi retroazionati

• realizzare il progetto statico e dinamico di un sistema

• calcolare gli errori statici e dovuti a disturbi additivi e parametrici

• valutare prontezza, fedeltà di risposta e stabilità di un sistema

• progettare e applicare le reti correttrici e i regolatori industriali

• riconoscere le caratteristiche degli azionamenti elettrici per il controllo della velocità dei motori in c.c. e asincroni trifase ad anello aperto e ad anello chiuso

• riconoscere le caratteristiche di un controllo ad anello chiuso della temperatura di un ambiente

• riconoscere le caratteristiche di un controllo ad anello chiuso del livello del liquido di un serbatoio

• realizzare alcune applicazioni con l’ uso dei microcontrollori

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RACCOMANDAZIONE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 18 dicembre 2006

relativa a competenze chiave per l’apprendimento permanente (2006/962/CE) _____________________

Tra le otto competenze – chiave individuate dal Parlamento Europeo, il gruppo di lavoro che ha redatto la progettazione di codesto curricolo verticale ha individuato le seguenti quattro come le più attinenti al medesimo:

• Competenza matematica e competenze di base in campo scientifico e tecnologico.

• Competenza digitale.

• Imparare ad imparare.

• Senso di iniziativa e di imprenditorialità.

(17)

SISTEMI AUTOMATICI

Nel primo biennio, il docente di “ Tecnologie Informatiche” definisce - nell’ambito della programmazione Dipartimentale – la cost ruzione del curricolo per il conseguimento dei risultati di apprendimento sopra descritti in termini di competenze, con riferimento alle conoscenze e alle abilità di seguito indicate.

PROGRAMMAZIONE PER LE QUARTI CLASSI

permanente (2006/ 962/ CE)

Primo modulo

Periodo settembre – ottobre – novembre 25 ore

La

Trasformata di Laplace

• Risoluzione di equazioni di grado superiore al primo

• Proprietà e teoremi sulle trasformate

• Metodi di

antitrasformazione

• Calcolo differenziale di base

• Uso di tabelle nell’operazione di trasformazione

• Saper descrivere le

caratteristiche di sistemi di natura diversa. saper identificare le variabili e ricavarne il modello matematico

• Conoscere e saper usare gli strumenti di calcolo della teoria dei sistemi

• Analizzare e studiare sistemi del I e II ordine

Test d’ingresso comune: 1 ora

Verifica di apprendimento del modulo: 2 ore

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Secondo modulo

Periodo novembre - dicembre (1* trimestre) - gennaio 35 ore

La F.d.T. e i diagrammi di Bode e di Nyquist

• Calcolo della F.d.T

• Scale logaritmiche

• Decibel

• Tracciamento dei grafici asintotici

• Uso corretto dei software di simulazione e degli strumenti matematici specifici dei sistemi

• tracciare un grafico qualitativo della risposta in frequenza di un sistema a catena aperta e chiusa

• valutare le specifiche in frequenza di un sistema analizzando i grafici

Verifica di apprendimento del modulo: 2 ore Più generale, ad es.: F.d.T. e Stabilità

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Pausa didattica

Periodo dicembre – gennaio 10 ore

Recupero

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Terzo modulo

Periodo febbraio - marzo-aprile 30 ore

Sistemi a

microprocessore

• Struttura dei

microprocessori e dei microcontrollori

• Programmazione ed uso dei registri interni

• Conoscere i comandi strutturali delle CPU

• Usare linguaggi ad alto livello per le applicazioni delle centraline

• Saper progettare circuiti elettronici per interfacciare centraline a sensori ed utilizzatori

Verifica di apprendimento del modulo: 2 ore

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Quinto modulo

Periodo settembre/maggio 50 ore

Il microcontrollore e i trasduttori e gli attuatori

• Elettronica e dispositivi logici

• Funzioni del microcontrollore e loro modo di utilizzo

• Linguaggio di programmazione del microcontrollore

• Trasduttori e attuatori

• Saper strutturare i programmi in un linguaggio di programmazione

• Saper interfacciare il microcontrollore con le periferiche

• Saper eseguire l’indirizzamento delle variabili

• Identificare le

caratteristiche funzionali di un microcontrollore, dei suoi moduli di interfaccia, in funzione dell’impiego

• Analizzare e progettare le soluzioni più idonee

• Progettare semplici impianti in logica cablata e programmabile

(programma, cablaggio, collaudo)

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I.T. “ARCHIMEDE” - CATANIA __________________

Dipartimento di Elettrotecnica ed Elettronica (Articolazione: Elettronica)

Progettazione curricolo verticale di Sistemi Automatici

SECONDO BIENNIO – ULTIMA CLASSE

(23)

Competenze di base a conclusione del percorso quinquennale di studi

In generale l’indirizzo Elettrotecnica ed Elettronica integra competenze scientifiche e tecnologiche nel campo dei materiali e in quello della progettazione, costruzione e collaudo, nei contesti produttivi di interesse, relativamente ai sistemi elettrici ed elettronici, agli impianti elettrici e ai sistemi di automazione.

(24)

• identificare le caratteristiche delle diverse tipologie di sistema

• analizzare semplici modelli di sistemi elettrici, meccanici, termici e idraulici

• analizzare la struttura di semplici sistemi di controllo

• utilizzare i software dedicati per la simulazione del comportamento dei sistemi elementari

• realizzare la stesura del diagramma di flusso relativo a semplici programmi

• realizzare semplici applicazioni con l’ uso del microcontrollore.

• analizzare la risposta nel dominio del tempo e della frequenza e la stabilità di un sistema retroazionato

• Saper tracciare i diagrammi di Bode e di Nyquist

• Studiare la stabilità dei sistemi utilizzando i software dedicati

• Comprendere il funzionamento di circuiti tipici di sistemi realizzati in logica elettromeccanica e pneumatica

• realizzare semplici programmi relativi alla gestione di sistemi automatici

• programmare i PLC

• Riconoscere le caratteristiche e i criteri d’uso dei componenti elettronici di potenza e le loro applicazioni nei convertitori statici di potenza

• realizzare semplici programmi nel linguaggio Assembler e/o C

• Verificare il comportamento di un programma realizzato utilizzando il software di un PLC e/o un microcontrollore

(25)

• Studiare la stabilità nei sistemi retroazionati

• Realizzare il progetto statico e dinamico di un sistema

• Calcolare gli errori statici e dovuti a disturbi additivi e parametrici

• Valutare prontezza, fedeltà di risposta e stabilità di un sistema

• Progettare e applicare le reti correttrici e i regolatori industriali

• Riconoscere le caratteristiche di un controllo ad anello chiuso della temperatura di un ambiente

• Riconoscere le caratteristiche di un controllo ad anello chiuso del livello del liquido di un serbatoio

• Realizzare alcune applicazioni con l’ uso dei microcontrollori

• Stesura di relazioni tecniche e documentazione delle attività di gruppo relative a situazioni professionali.

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RACCOMANDAZIONE DEL PARLAMENTO EUROPEO E DEL CONSIGLIO del 18 dicembre 2006

relativa a competenze chiave per l’apprendimento permanente (2006/962/CE) _____________________

Tra le otto competenze – chiave individuate dal Parlamento Europeo, il gruppo di lavoro che ha redatto la progettazione di codesto curricolo verticale ha individuato le seguenti quattro come le più attinenti al medesimo:

• Competenza matematica e competenze di base in campo scientifico e tecnologico.

• Competenza digitale.

• Imparare ad imparare.

• Senso di iniziativa e di imprenditorialità.

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PROGRAMMAZIONE PER LE QUINTE CLASSI

permanente (2006/ 962/ CE)

Primo modulo

Periodo settembre-ottobre-novembre 22 ore

Sistemi di acquisizione e distribuzione dati

• Architettura generale dei sistemi di acquisizione e distribuzione dati

• Rilevamento e condizionamento

• Convertitori

• Circuiti S/H

• Elaborazione (Microcontrollori e Microprocessore)

• Riconoscere le diverse tipologie dei sistemi di

acquisizione dati

• Realizzare dei sistemi di

acquisizione dati e distribuzione dati

• Realizzazione di un controllo ad anello chiuso della temperatura di un ambiente

• Realizzazione di un controllo ad anello chiuso del livello del liquido di un serbatoio

Test d’ingresso comune periodo ottobre: 1 ora

Verifica di apprendimento del modulo : 2 ore

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permanente (2006/ 962/ CE)

Secondo modulo

Periodo dicembre 6 ore

La funzione di trasferimento

• Definizione

• Metodi di rappresentazione

• Diagrammi di Bode

• Diagrammi Polari

• Diagrammi di Nyquist

• Sistemi del I e II ordine

• Riconoscere le diverse tipologie dei sistemi

• Saper usare gli strumenti matematici e i programmi di simulazione tipici della teoria di controllo

• Saper calcolare la F.d.T. di un sistema differenziale lineare invariante e realizzarne le rappresentazioni grafiche

Test d’ingresso comune periodo ottobre: 1 ora

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Pausa didattica

Periodo dicembre - gennaio 10 ore

Recupero

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Terzo modulo

Periodo gennaio-febbraio-marzo 22 ore

Sistemi di controllo analogici

• Comportamento a regime in risposta ai segnali tipici

• L’effetto dei disturbi

• Velocità di risposta e larghezza di banda

• Stabilità

• Criterio di Nyquist

• Criterio di Bode

• Stabilità relativa

• Margine di fase e di guadagno

• Saper usare il software per l’analisi in frequenza dei sistemi

• Saper usare un

sistema di simulazione elettrica ed

elettronica

• Conoscere e saper applicare i metodi basati sull’analisi della F(s) per lo studio della stabilità di un sistema lineare nel dominio della frequenza

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Quarto modulo

Periodo aprile-maggio 16 ore

Metodi di

compensazione e regolatori standard

• Compensazione con polo dominante

• Compensazione con rete ritardatrice

• Compensazione con rete anticipatrice

• Compensazione con rete a ritardo e anticipo

• Compensazione con rete a T

• Regolatori standard (On- Off, P, I, PI, D, PD, PID)

• Riconoscere la stabilità relativa di un sistema

• Saper risolvere reti elettriche ed analizzarne il comportamento

• Conoscere e saper applicare i metodi di compensazione usando reti correttrici e

regolatori standard

Verifica di apprendimento del modulo : 2ore

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Quinto modulo (Laboratorio)

Periodo settembre-maggio 98 ore

I Microcontrollori ed i Sistemi di Acquisizione Elaborazione e Distribuzione Dati

• Funzioni avanzate del microcontrollore

• Caratteristiche ed uso dei microcontrollori

• Programmazione dei microcontrollori

• Conversione A/D

• Interfacciamento con Sensoristica

• Conversione D/A

• Interfacciamento con Attuatori

• Programmare un microcontrollore

• Disegnare circuiti di I/O e assegnare le variabili

• Affrontare un problema e individuarne la soluzione con l’uso degli strumenti tecnici più adeguati

• Documentare le scelte effettuate

• Saper progettare realizzare e collaudare un sistema automatico con microcontrollori